電流檢測放大器如何監(jiān)測衛(wèi)星的運(yùn)行狀況
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
幾家商業(yè)衛(wèi)星公司的加入給航天領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響，徹底改變了這個(gè)曾受到政府大量資助的航天活動。有些公司認(rèn)為每年需要發(fā)射更多衛(wèi)星，從而開發(fā)在近地軌道、中軌道和地球同步赤道軌道運(yùn)行的電信超級星座、強(qiáng)大的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)和增強(qiáng)型光學(xué)成像平臺。鑒于上述任務(wù)，設(shè)計(jì)人員在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中從使用運(yùn)算放大器或晶體管等簡單的分立式元件改用更多集成度更高的電路，以便節(jié)省設(shè)計(jì)、組裝和測試時(shí)間。
電流檢測放大器(CSA)非常適合整個(gè)衛(wèi)星電子系統(tǒng)中的各種應(yīng)用。在本文中，我將論述CSA如何通過實(shí)現(xiàn)電源軌電流監(jiān)測、負(fù)載點(diǎn)檢測和電機(jī)驅(qū)動控制等功能，來監(jiān)測衛(wèi)星配電系統(tǒng)和電機(jī)的運(yùn)行狀況和功能。
衛(wèi)星電流監(jiān)測
CSA在衛(wèi)星中的一個(gè)常見用途是通過監(jiān)測主電源軌輸入電流來檢測單粒子瞬變。由于CSA可檢測高于其輸入引腳電源電壓的施加電壓，因此與傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器或其他分立式解決方案（其共模輸入引腳電壓受放大器電源電壓的限制）相比，CSA可提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。
CSA支持高側(cè)和低側(cè)檢測設(shè)計(jì)；您可以將系統(tǒng)配置為在負(fù)載前/后連接一個(gè)分流電阻器，并且可以監(jiān)測預(yù)期提供的負(fù)載電流中是否存在異常情況（例如過流事件）。表1匯總了高側(cè)和低側(cè)檢測方案的利弊權(quán)衡。
表1 高側(cè)與低側(cè)檢測
高側(cè) | 低側(cè) | |
檢測方案 | 差分輸入 | 單端或差分輸入 |
接地干擾 | 否 | 是 |
共模電壓 | 靠近電源 | 靠近接地 |
共模抑制比要求 | 更高 | 較低 |
負(fù)載短路檢測 | 是 | 否 |
我們的QML V類航天級CSA INA901-SP支持高側(cè)和低側(cè)檢測，輸入電壓范圍為–15V至65V，低劑量率下的耐輻射加固保障(RHA)規(guī)格為50krad(Si)，單粒子鎖定(SEL)抗擾度規(guī)格高達(dá)LETEFF=75MeV-cm2/mg SEL。INA901-SP有助于更大限度減少監(jiān)測電源軌運(yùn)行狀況和保護(hù)衛(wèi)星系統(tǒng)免受過流事件影響所需的器件數(shù)量。
負(fù)載點(diǎn)檢測
使用CSA進(jìn)行負(fù)載點(diǎn)檢測，有助于收集有關(guān)重要系統(tǒng)元件的數(shù)據(jù)，從而確定特定系統(tǒng)負(fù)載的運(yùn)行狀況或功耗。利用CSA檢測的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以做出數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策，例如自校準(zhǔn)或?qū)ω?fù)載元件進(jìn)行節(jié)流，以確保在正常運(yùn)行條件以外的穩(wěn)定運(yùn)行。憑借其精度、高電壓范圍和獨(dú)立于電源電壓的共模范圍特性，CSA可以更輕松地監(jiān)測任務(wù)關(guān)鍵型元件并幫助確保任務(wù)成功完成。
電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用
在電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中，電機(jī)驅(qū)動器電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號來精確控制電機(jī)的運(yùn)行。這些調(diào)制信號由位于電機(jī)各相位的監(jiān)測電路進(jìn)行監(jiān)測，以便為控制電路提供反饋信息。與理論上的放大器相比，實(shí)際情景下的放大器并不理想，因此輸出可能會因放大器無法充分抑制共模電壓的PWM驅(qū)動輸入電壓大幅階躍而受到影響。實(shí)際放大器沒有無限的共模抑制能力，并且放大器輸出端會出現(xiàn)與每個(gè)輸入電壓階躍相對應(yīng)的異常波動。圖1顯示了競爭器件的輸出，而圖2顯示了INA240-SEP的輸出。
圖1 競爭器件輸出與PWM輸入之間的關(guān)系
圖2 INA240-SEP輸出與PWM輸入之間的關(guān)系
上述輸出波動可能相當(dāng)大，并且根據(jù)放大器的特性，這些波動在輸入轉(zhuǎn)換之后可能需要很長時(shí)間才能穩(wěn)定下來。利用INA240-SEP中的增強(qiáng)型PWM抑制技術(shù)，可為使用PWM信號的系統(tǒng)中的大共模瞬變(ΔV/Δt)提供高水平抑制，這在電機(jī)驅(qū)動和電磁閥應(yīng)用中尤其有用。利用該功能可實(shí)現(xiàn)精確的電流測量，同時(shí)降低輸出電壓上的瞬變和相關(guān)恢復(fù)紋波。
INA240-SEP是一種采用增強(qiáng)型航天塑料封裝的超精密器件，能夠提供–4V至80V的共模電壓，增益誤差為0.2%，增益漂移為2.5ppm/°C，失調(diào)電壓為±25μV。該器件屬于TI的“耐輻射產(chǎn)品系列”（航天EP），該系列的RHA高達(dá)30krad(Si)，SEL抗擾度在125°C下高達(dá)43MeV-cm2/mg，適用于近地軌道應(yīng)用。
結(jié)語
電流檢測可以為系統(tǒng)帶來許多好處，包括優(yōu)化性能、提高可靠性和狀態(tài)監(jiān)測（用于保護(hù)系統(tǒng)的重要元件）。由于航天級CSA支持進(jìn)行直接測量并提供高度精確的結(jié)果，因此可幫助系統(tǒng)在極其惡劣的環(huán)境中正常運(yùn)行多年。
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